西昆仑山古近纪隆升变形:时间、证据和争论
2021-07-28张世杰胡修棉郜周全赵永强马安林许艺炜
张世杰,胡修棉,郜周全, 赵永强,马安林,许艺炜
1)河南师范大学旅游学院,河南新乡,453007; 2)中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所,江苏无锡,214126; 3)南京大学地球科学与工程学院,南京,210023; 4)云南省地质矿产勘查院,昆明,650051; 5)成都理工大学沉积地质研究院,成都,610059
内容提要: 西昆仑山新生代隆升变形过程对于中亚的地貌与水系演化、资源和能源矿产分布、气候及环境变迁等都具有重要的影响,然而至今尚没有形成统一的认识。西昆仑山新生代初始隆升与变形的时间存在三种不同观点,分别为古新世、中—晚始新世、渐新世末期—中新世早期。本文通过对塔西南地区地层学、沉积学、物源分析和热年代学的研究综述,详细讨论了西昆仑山古新世、中—晚始新世隆升变形的时间、证据、解释和争议。在此基础上,确定了西昆仑山在古新世发生了隆升变形,中—晚始新世是新生代变形中的一个加速节点。这两期隆升变形分别对应于印度—亚洲大陆初始碰撞、新特提斯洋俯冲板片断离的远程响应,反映了印度板块向北的碰撞拼贴与持续挤压的过程。
西昆仑山位于青藏高原的西北缘,塔里木盆地南部,整体上呈西北—东南走向,平均海拔4000~6000 m,是中国西部最重要的地质地理分界线之一(图1)。西昆仑山新生代的隆升不仅塑造了青藏高原西北缘的地貌形态与河流系统(Blayney et al., 2016; Zhang Shijie et al., 2019),剥露出大量重要的矿产资源 (毛景文等, 2019; 张传林等, 2019),对塔里木盆地前新生代油气藏进行了破坏与重组(贾承造, 2009),还对整个中亚的气候产生了深远的影响(Ramstein et al., 1997),并直接关系到塔里木盆地的海退(郝诒纯和曾学鲁, 1984; 唐天福等, 1992; Kaya et al., 2018; Zhang Shijie et al., 2018; 席党鹏等, 2020)、中亚的干旱化(Ramstein et al., 1997; Sun Jimin et al., 2017)、以及塔克拉玛干沙漠的形成(Sun Jimin and Liu Tungsheng, 2006; Zheng Hongbo et al., 2015)等。因此刻画西昆仑山新生代隆升的时间与过程,不仅可以验证青藏高原的隆升模式,探究大陆碰撞与造山作用,还有助于能源矿产的勘查,理解中亚的气候环境变迁过程等,具有重要的研究意义(Molnar and Tapponnier, 1975; Dewey et al., 1988; Ramstein et al., 1997; Tapponnier et al., 2001; 吴福元等, 2008; 贾承造, 2009; Wang Chengshan et al., 2014; 张传林等, 2019)。
从动力学机制上来说,现今学界通常认为西昆仑山新生代的隆升过程受控于青藏高原南缘印度—亚洲大陆板块的碰撞拼贴过程(Molnar and Tapponnier, 1975; Hendrix et al., 1992; Graham et al., 1993; 许志琴等, 2011a; Cao Kai et al., 2015; Li Guangwei et al., 2019)。但是目前主流的用于解释青藏高原隆升与变形的终端模型中,无论将青藏高原视为夹在刚性板块之间的黏性板片,随着印度大陆向北的逐渐楔入而逐步向北的地壳加厚、高原隆升(England and Houseman, 1988);还是将青藏高原视为夹在刚性板块之间的塑性板片,随着印度大陆向北的逐渐楔入,岩石圈沿着复活的大型走滑断裂向东挤出(Tapponnier et al., 2001; 许志琴等, 2011b),都在强调青藏高原地壳结构的非均质性,以及与此相关的应力不均匀传播、应变差异分配。而这些都将强化高原变形的不连续性(Tapponnier et al., 2001; 许志琴等, 2011b),可能使青藏高原西北缘的西昆仑山,亦或更远的天山等,新生代隆升的时空过程明显差异于高原内部或者其南部、东部边缘(Dumitru et al., 2001; Tapponnier et al., 2001; Wang Erchie et al., 2003; 吴福元等, 2008; 王成善等, 2009; 许志琴等, 2011b)。因此,这些模型都没有预测西昆仑山新生代早期的隆升变形(Tapponnier et al., 2001; Wang Chengshan et al., 2014)。
从青藏高原隆升的时空过程模型来看,无论是利用大陆岩石圈斜向俯冲机制提出的高原逐渐自南向北生长的隆升模式(Tapponnier et al., 2001; 许志琴等, 2011a, 2011b),还是在继承中生代古地貌的基础上自中部向南北两侧逐渐扩展的隆升模式(Wang Chengshan et al., 2008; Wang Chengshan et al., 2014),都认为位于青藏高原西北缘的西昆仑山隆升主要发生于新生代晚期。岩石圈横向均匀缩短模型认为地壳与岩石圈地幔的连续变形行为,可以使大陆碰撞在高原不同地区均发生增厚(Dewey et al., 1988),高原北缘也可以存在新生代早期的构造变形事件。但是西昆仑山新生代构造演化的研究中该模式却鲜有提及。
然而,随着研究的深入,西昆仑山新生代隆升变形的起始时间不断被提前。越来越多的证据表明西昆仑山存在新生代早期的隆升变形,且可能与印度—亚洲大陆初始碰撞相关(Amidon and Hynek, 2010; Chen Xinwei et al., 2018; Li Guangwei et al., 2019; Zhang Shijie et al., 2019)。如果这种观点被证实的话,就意味着印度—亚洲大陆初始碰撞在高原西北缘具有近乎等时的变形响应。虽然青藏高原内部存在多条深大断裂,且地壳的性质也存在明显的不均一性(Tapponnier et al., 2001; 许志琴等, 2011b),但并没有影响到大陆初始碰撞产生的应力快速地传递到西昆仑山。这明显是与现今流行的青藏高原的隆升模式是不一致的。因此,基于西昆仑山隆升过程研究所获得的结论,既可以作为一个独立的区域地质证据验证青藏高原的隆升模式,又有助于评估塔里木盆地的资源和能源效应,揭示中亚干旱化等古环境变化过程。
位于西昆仑山北部的塔西南坳陷(图1),保留了侏罗纪以来的巨厚沉积记录(新疆维吾尔自治区区域地层表编写组, 1981; 周志毅, 2001; 席党鹏等, 2020),完整记录了西昆仑山晚中生代以来的隆升过程。为解决上述提及的科学问题提供了特殊的机遇。基于塔西南地区大量新生代沉积剖面的研究,目前对西昆仑山新生代初始隆升与变形的时间约束主要存在三种不同观点,分别为古新世(Amidon and Hynek, 2010; Chen Xinwei et al., 2018; Zhang Shijie et al., 2018, 2019; Li Guangwei et al., 2019)、中—晚始新世(Yin An et al., 2002; Sun Jimin and Jiang Maosheng, 2013; Carrapa et al., 2015; Sun Jimin et al., 2016b; Kaya et al., 2018; Blayney et al., 2019)、渐新世末期—中新世早期(Sobel and Dumitru, 1997; Sobel et al., 2006; Bershaw et al., 2012; Jiang Xiaodian and Li Zhengxiang, 2014; Zheng Hongbo et al., 2015; Blayney et al., 2016; Cheng Xiaogan et al., 2017)。
目前国内外对西昆仑山新生代的隆升变形时间研究已经有了较多的成果积累,渐新世末期—中新世早期的构造隆升已经得到了大多数学者们的认可(Sobel and Dumitru, 1997; Sobel et al., 2006; Bershaw et al., 2012; Jiang Xiaodian and Li Zhengxiang, 2014; Zheng Hongbo et al., 2015; Blayney et al., 2016; Cheng Xiaogan et al., 2017)。但古新世和中—晚始新世西昆仑山已经开始隆升变形的观点则存在诸多的争议(Yin An et al., 2002; Carrapa et al., 2015; Sun Jimin et al., 2016b; Chen Xinwei et al., 2018; Kaya et al., 2018; Zhang Shijie et al., 2018, 2019; Blayney et al., 2019),至今没有相关的文章对其地质证据进行回顾梳理。
因此,本文聚焦于古新世、中—晚始新世西昆仑山是否已经开始隆升变形这个问题,对塔西南地区古近纪相关的地层学、沉积学、物源分析和热年代学等证据进行了系统综述。通过回顾与评述西昆仑山古近纪隆升变形的时间、证据、解释与争议,抛砖引玉,为以后相关研究提供参考。
1 地层学的证据、解释和争议
塔里木盆地西南坳陷古近系的沉积地层由喀什群海陆过渡相灰岩—碎屑岩组成(图2)(新疆维吾尔自治区区域地层表编写组, 1981; 唐天福等, 1989, 1992; 周志毅, 2001; Zhang Shijie et al., 2018; 席党鹏等, 2020),涉及到西昆仑山新生代早期构造变形的证据,主要就是来自于对喀什群的研究和解释(Yin An et al., 2002; Carrapa et al., 2015; Sun Jimin et al., 2016a, 2016b; Chen Xinwei et al., 2018; Kaya et al., 2018; Zhang Shijie et al., 2018, 2019; Blayney et al., 2019)。故先对其主要地层单元和时代约束证据自下而上进行简要介绍:
1.1 塔西南坳陷古近系的地层框架
喀什群自下而上由阿尔塔什组、齐姆根组、卡拉塔尔组、乌拉根组和巴什布拉克组构成(图2)(新疆维吾尔自治区区域地层表编写组, 1981; 唐天福等, 1989, 1992; 周志毅, 2001; 席党鹏等, 2020)。在塔西南坳陷西部出露好,沉积单元易于识别。底部为白色巨厚层石膏、硬石膏,向上是三段灰绿色灰岩和三段紫红色(含石膏)泥岩、细—粉砂岩互层。至东部的皮山、和田、麻扎塔格等区域,喀什群则主要由底部的厚层石膏夹灰岩和白云岩、以及其上的紫红色(含石膏)泥岩与细—粉砂岩互层组成。除底部之外,整体沉积特征相似,缺乏化石,难以细分(新疆维吾尔自治区区域地层表编写组, 1981; 周志毅, 2001)。
图2 塔西南地区白垩纪—古近纪地层综合柱状图Fig. 2 Comprehensive Cretaceous—Paleogene stratigraphic column in southwestern Tarim Basin 修改自文献新疆维吾尔自治区区域地层表编写组, 1981; 唐天福等, 1992; 周志毅, 2001; Zhang Shijie et al., 2018; 席党鹏等, 2020 modified from Compiling Group for Xinjiang Regional Stratigraphic Chart, 1981#; Tang Tianfu et al., 1992&; Zhou Zhiyi, 2001#; Zhang Shijie et al., 2018; Xi Dangpeng et al., 2020&
地层时代的确定:由于缺乏古生物化石,阿尔塔什组的地层时代一直缺乏精确约束。Kaya 等 (2019)在康苏剖面一个石膏的夹层灰岩中,报道了钙质超微化石Fasciculithusspp.和F.magnicordis,指示其时代为古新统Danian 阶。结合其下吐依洛克组最可能的时代为Maastrichtian 阶晚期—Danian 阶(Mao Shaozhi and Norris Geoffrey, 1988; 郝诒纯等, 2001),阿尔塔什组沉积可能起始于Danian 阶晚期(席党鹏等, 2020)。齐姆根组下段化石丰富,颗石藻Heliolithuskleinpellii组合带,Heliolithusriedelii组合带,Descoastermultiradiatus组合带(钟石兰, 1992),沟鞭藻Ceratiopsisdiebelii—Deflandreadissoluta—Phelodiniumspinocapitatum组合带,Apectodiniumhomomorphum组合带(何承全, 1991)和有孔虫Spiroplectammina—Globigerina—Noninoellina动物群 (郝诒纯等, 2001),一致限定的时代为古新世中—晚期(Kaya et al., 2018; 席党鹏等, 2020)。另外,在齐木根剖面的齐姆根组底界之上19 m处还发现了年龄为57.9 Ma的凝灰岩层,结合喀什群海相地层的沉积速率,约束齐姆根组底界时代为59 Ma (Zhang Shijie et al., 2018; 李伟等, 2021)。齐姆根组上段缺乏生物化石。结合Kaya 等 (2018)对Laghman剖面进行的磁性地层学研究结果与Zhang Shijie 等 (2019)在标尔托戈依剖面齐姆根组上段顶部获得的最年轻碎屑锆石年龄(49.8 Ma,n=4),推断齐姆根组顶部的时代最可能为49 Ma。卡拉塔尔组中的双壳Ostrea(Turkostrea)和Sokolowia是始新世中期阿莱依地层的常见属(蓝琇和魏景明, 1995),其中Sokolowia广泛地分布于整个原副特提斯海Lutetian期至Priabonian期的地层中(Bosboom et al., 2011),地层时代可宽泛限定在Ypresian晚期至Lutetian早期。乌拉根组,双壳Sokolowia依然是重要的分子。钙质超微Reticulofenestraumbilicus,Ericsoniaformosa,Neococcolithesspp. 和沟鞭藻Areosphaeridiumdiktyoplokum,Rhombodiniumdraco,Melitasphaeridiumpseudorecurvatum一致限定地层时代为Lutetian晚期至Bartonian期(Bosboom et al., 2011, 2014a, 2014b)。结合磁性地层学的研究结果,可以约束其顶部年龄为41 Ma。综上,乌拉根组地层时代为Lutetian中晚期(Bosboom et al., 2014a, b; Kaya et al., 2018)。巴什布拉克组中部的钙质超微化石Cribrocentrumreticulatum,Ismolithusrecurvus和沟鞭藻Cordosphaeridiumfuniculatum,Lentiniaserrata可约束其时代为Bartonian末期至Priabonian早期(Bosboom et al., 2014b; Kaya et al., 2018),结合磁性地层学的时代约束(Zheng Hongbo et al., 2015; Blayney et al., 2019),巴什布拉克组顶部的时代为约35 Ma。
1.2 主要的不整合面
虽然塔西南坳陷喀什群内部在局部可见明显的沉积间断标志(如齐木根剖面齐姆根组上段和下段之间的间断面,巴什布拉克剖面卡拉塔尔组和乌拉根组之间的间断面,标尔托戈依剖面乌拉根组和巴什布拉克组之间的间断面),但是整体来看,喀什群内部地层仍是连续沉积为主导,不存在长期的大面积的不整合(图3a)(唐天福等, 1989, 1992; 周志毅, 2001; Zhang Shijie et al., 2018; 席党鹏等, 2020)。但是在喀什群的底部和顶部,区域地质研究则通常认为是存在不整合的。
图3 塔西南地区古近纪地层典型野外照片: (a) 标尔托戈依剖面喀什群野外照片;(b) 喀什群底部砾岩,阿克齐剖面;(c) 喀什群底部阿尔塔什组石膏,齐木根剖面;(d) 齐木根剖面乌拉根组和巴什布拉克组野外照片,展示了塔里木盆地第四次海退时由乌拉根组浅海相灰岩沉积向巴什布拉克组陆相碎屑岩沉积的变化Fig. 3 Representative field photographs showing stratigraphic contacts and lithology of Paleogene strata in southwestern Tarim Basin: (a) Kashi Group field photograph in the Bora Tokay Section; (b) Conglomerate at the bottom of Kashi Group, Akqiy Section; (c) Aertashi Formation gypsum at the bottom of Kashi Group, Qimugen Section; (d) The stratigraphic contact field photos of the Wulagen and Bashibulake Formations in the Qimugen Section show the change from the neritic limestone deposits (Wulagen Formation) to the continental clastic rocks (Bashibulake Formation) during the fourth regression in the Tarim Basin
喀什群底部不整合:该不整合主要见于杜瓦以东的区域,如阿其克、喀什塔什、麻扎塔格等区域(位置见图1)(新疆维吾尔自治区区域地层表编写组, 1981)。在杜瓦以西,喀什群与其下的英吉沙群呈整合接触。在杜瓦以东,喀什塔什乡附近的向斜构造带野外剖面上,可以看到喀什群紫红色含石膏泥岩不整合的覆盖在灰色侏罗系叶尔羌群之上(山西省地质调查院, 2006)。在阿其克地区,喀什群则不整合的覆盖在二叠系普司格组之上 (山西省地质调查院, 2006)。在麻扎塔格附近的钻孔玛参1井中,也可以看到喀什群底部巨厚层石膏不整合的覆盖在二叠系地层之上。根据阿其克剖面、玛参1井不整合之上的厚层白色块状石膏、白云岩等,结合阿尔塔什组巨厚层石膏在区域地层的相关性,可以确定该不整合之上地层的时代为古新世中期。
喀什群顶部不整合:野外地质填图和区域地质志的调查结果认为,在塔西南区域,喀什群与其上的乌恰群之间以平行不整合接触为主,局部可见到低角度的不整合(刘万祥, 1990; 新疆维吾尔自治区区域地层表编写组, 1981)。如在齐木根剖面,就可见到乌恰群以低角度的不整合覆盖在喀什群之上(陈锐明等, 2011; Cao Kai et al., 2014)。在标尔托戈依、阿尔塔什、柯克亚等剖面,二者之间则不存在角度不整合。对阿尔塔什剖面、柯克亚剖面和Tierekesazi剖面精细的磁性地层学研究表明,喀什群和乌恰群之间可能存在2~12 Ma不等的沉积间断(Bosboom et al., 2014a; Chen Xinwei et al., 2015; Zheng Hongbo et al., 2015; Blayney et al., 2019)。但值得注意的是,磁性地层学解释的不整合或沉积间断,在剖面上的地层学或沉积学标志却并不明显。
大地构造意义的解释:现今中亚中新生代大地构造演化研究通常认为,亚洲南缘板块碰撞拼贴产生的挤压应力传递到中亚,引起造山带复活并开始隆升变形,盆地因此开始加速沉降(Molnar and Tapponnier, 1975)。而当亚洲南缘的板块碰撞拼贴完成以后,中亚区域造山带开始松弛坍塌,盆地也开始逐渐均衡回弹,产生区域的不整合(Hendrix et al., 1992)。因此塔里木盆地大范围的隆升剥蚀和沉降沉积的相互转化,很可能指示了南部板块碰撞拼贴的过程,是大陆碰撞远程效应的直接响应(Hendrix et al., 1992; Graham et al., 1993; Sobel, 1999; Cao Kai et al., 2015; Li Guangwei et al., 2019)。
从上述的青藏高原西北缘古近系地层学研究来看,杜瓦河以东区域的喀什群底部不整合结束于古新世中期。在青藏高原的东北缘,新生代地层与下伏地层也普遍呈不整合接触关系,并且多数新生代早期地层以明显的角度不整合覆盖在白垩纪和更老的基岩之上(如柴达木盆地、西宁盆地、兰州盆地等)(刘善品,2015)。它们可能反映了青藏高原北缘在新生代早期已经开始受盆缘造山带隆升变形的影响而普遍开始沉降。而喀什群顶部可能存在的起始于36~34 Ma的不整合,则可能反映的是塔西南地区在始新世末期发生了短暂的应力松弛和均衡回弹。
1.3 构造沉降分析
利用沉积地层的回剥分析,恢复盆地基底挠曲沉降过程,进而讨论造山带逆冲推覆过程的相关研究,是盆山耦合分析中非常重要又较为常用的方法(Xie Xiangyang and Heller, 2009)。虽然现今不同的学者对塔西南区域不同的剖面都进行过沉降分析,但整体的沉降趋势与沉降特征一致 (Yin An et al., 2002; Kaya et al., 2018; Zhang Shijie et al., 2018; Blayney et al., 2019)。以Zhang Shijie 等 (2018)恢复的沉降曲线为例(图4),整个白垩纪塔西南地区都以低构造沉降量和低构造沉降速率为主要特征,且二者皆呈逐渐降低的趋势。整体上看,这个时期的构造沉降曲线斜率小且平直,呈较缓的上凹型。进入新生代,在阿尔塔什组—乌拉根组(62~41 Ma)沉积时期,构造沉降速率开始小幅度增加,基本上恢复到了早白垩世的水平。自巴什布拉克组沉积开始(41 Ma),构造沉降速率快速增加。在经历了喀什群和乌恰群之间短暂的沉积间歇之后,塔西南区域的构造沉降速率持续快速地增长。这种加速的趋势一直持续到中新世沉积时期。从新生代的总沉降量曲线和构造沉降曲线来看,总体呈现斜率逐步增大,逐渐向下陡倾,前缓后陡的上凸型。
图4 塔西南地区沉降分析曲线,地层数据来自托云都克剖面和齐木根剖面(据文献Zhang Shijie et al., 2018)Fig.4 Subsidence analysis curve in southwestern Tarim Basin, with stratigraphic data from Tuoyunduke and Qimugen sections (modified after Zhang Shijie et al., 2018)
解释与争议:长期以来前陆区域沉降分析的研究表明,整体呈上凸形的构造沉降曲线是前陆盆地沉降的典型特征(Xie Xiangyang and Heller, 2009)。构造沉降速率的快速增加以及构造沉降曲线的快速下倾,反映了造山带逆冲推覆与盆地基底挠曲沉降过程。目前对于沉降曲线中41 Ma(巴什布拉克组底部)开始的构造沉降速率明显增加的解释较为一致,认为其反映了造山带隆升变形与前陆挠曲沉降的加速(Yin An et al., 2002; Carrapa et al., 2015; Kaya et al., 2018; Blayney et al., 2019)。但对于62~41 Ma期间(阿尔塔什组—乌拉根组)的构造沉降速率初始缓慢增加阶段是否反映了前陆盆地形成的初始阶段,则仍存在争议。Sobel (1995)和Zhang Shijie 等 (2018)认为古新世开始的构造沉降速率初始缓慢增加阶段是前陆盆地开始形成的标志,符合前陆盆地发育初期沉降速率和沉积速率通常较低,之后逐渐快速增加的演化过程(DeCelles and Giles, 1995)。
2 沉积学的证据、解释和争议
2.1 新生代早期阿克赛钦地区的海退
现今西昆仑山的南侧,从东部的阿克赛钦湖,经洛克宗山、乌孜别里山口,穆尔加布北部,巴塘,直到塔吉克盆地,呈条带状散布了一套晚白垩世的浅海相灰岩沉积(图1a)(新疆维吾尔自治区区域地层表编写组, 1981; Burtman and Molnar, 1993; 中国科学院青藏高原综合科学考察队, 2000; 罗宇鹏, 2010; Rutte et al., 2017; Zhang Shijie et al., 2019)。位于中国的部分被称为铁隆滩群,含有丰富的生物化石。其中固着蛤确定其沉积时代为晚白垩世Turonian期到Campanian期是无疑的,向上很可能还延续到了Maastrichtian早期(中国科学院青藏高原综合科学考察队, 2000)。浮游有孔虫也指示沉积时代大致在Turonian—Campanian(罗宇鹏, 2010)。在部分地层中还发现大量的Orbitolina,指示该套灰岩地层的最早沉积时间向下至少延续到了Cenomanian末期(中国科学院青藏高原综合科学考察队, 2000)。位于塔吉克盆地巴塘和穆尔加布区域的浅海相灰岩通常被苏联的地质工作者认为可能是晚白垩世Campanian至Maastrichtian的沉积(Burtman and Molnar, 1993; Rutte et al., 2017)。Rutte 等 (2017)在穆尔加布附近晚白垩世灰岩层顶部的砂岩层中,获得了75 Ma(n=2)的最年轻碎屑锆石U-Pb年龄,暗示了顶部砂层的沉积时代小于75 Ma,与化石所限定的地层时代结果一致。综合以上化石所提供的地层时代信息,这套灰岩地层的时代主要为晚白垩世Turonian期到Campanian期应当是无疑的,向下应至少延续到了Cenomanian晚期,向上可能延续到了Maastrichtian。
在阿克赛钦地区,晚白垩世的浅海相沉积之上覆盖了一套紫红色的砂砾岩和砾岩(中国科学院青藏高原综合科学考察队, 2000)。在乌孜别里山口,灰岩层之上也沉积了一套红色含砾砂岩、砾岩与角砾岩(新疆维吾尔自治区区域地层表编写组, 1981)。中帕米尔的穆尔加布盆地,时代可能为古近系的砾岩不整合的覆盖在含化石的晚白垩世碳酸盐沉积之上(Rutte et al., 2017)。
解释与存在问题:以上的总结表明,晚白垩世中帕米尔至阿克赛钦区域存在一片狭长的陆表浅海,自塔吉克盆地向东延伸至青藏高原北部的阿克赛钦地区,一直持续到白垩纪末期的Maastrichtian期才结束。海退之后大面积的区域不整合与砾岩沉积,说明了该时期的海退明显是区域构造隆升的结果。这些区域的山间盆地以粗碎屑沉积和剥蚀作用为主,反映了青藏高原西北缘在白垩纪末期或新生代初期整体为构造隆升的大地构造背景。但是,一个明显存在的问题是,阿克赛钦和中帕米尔区域海拔高,自然条件恶劣,很多区域访问受限,目前对这套晚白垩世灰岩的认识还很粗浅。海退时间与其上的不整合以及砾岩沉积都缺乏精细的时代约束,使得其难以与高原南缘同时的重大地质事件(如印度—亚洲大陆初始碰撞等)进行精细对比研究。
2.2 古新世阿尔塔什组石膏沉积
塔西南坳陷古新世沉积的阿尔塔什组巨厚层石膏、硬石膏是塔里木盆地新生代早期分布面积最广泛的岩性标志层(唐天福等, 1992; 周志毅, 2001; Zhang Shijie et al., 2018)。它的沉积厚度自几十米到200 m以上,自喀什以西至和田以东均可见到,向东北方向最远可以延伸至库车坳陷西部(图1d,图3c)(唐天福等, 1992; 张华等, 2013; 张亮等, 2015; 高超等, 2016; Zhang Shijie et al., 2018)。
解释与争议:大陆架或者克拉通之上大范围沉积的巨厚层(明显大于50 m)的蒸发岩,通常形成于炎热干燥的副热带高压带附近,与正常大洋海水隔绝并受海水渗流补给的沉积盆地,是地质历史时期的特殊产物(Warren, 2016)。盆地与正常大洋海水隔绝或者是由于区域构造作用引起的,或者是由于温室气候时期海平面波动引起的(Warren, 2016)。Zhang Shijie 等 (2018, 2019)提出由于帕米尔在古新世开始隆升并向北楔入,导致了帕米尔和天山之间出现了低海拔的地貌屏障,隔绝了塔里木海与西部原副特提斯海的地表水文通道,使塔里木盆地成为巨大的盐池,从而形成了阿尔塔什组石膏,因此它是区域构造事件的产物。但是,Kaya 等 (2018)则认为阿尔塔什组石膏的形成主要受海平面变化控制,认为温室气候条件下海平面上升引起了塔吉克盆地陆缘海的厚壳蛤类原地生长加积,随后全球海平面下降,加积的生物层便暴露为地貌屏障,屏障后方的塔吉克盆地与塔里木盆地则成为了巨大的盐池,沉积了阿尔塔什组。
2.3 乌拉根组末期海退(约41 Ma 塔里木盆地大规模海退)
中亚的古地理研究表明,由于晚白垩世—始新世期间的原副特提斯海的海平面变化,位于欧亚大陆内部的塔里木盆地经历了5期主要的海侵与海退旋回(郝诒纯和曾学鲁, 1984; 雍天寿和单金榜, 1986; 唐天福等, 1989, 1992; Kaya et al., 2018; Zhang Shijie et al., 2018; 席党鹏等, 2020)(图2)。从塔里木盆地海相沉积的古水深和海域展布面积研究来看,第三次(齐姆根组下段)和第四次海侵(卡拉塔尔组—乌拉根组)是塔里木盆地海侵的最高峰(郝诒纯和曾学鲁, 1984; 雍天寿和单金榜, 1986; 唐天福等, 1989, 1992; 张华等, 2013)。而第四次海退也是整个中亚的重大地质事件,向西海退距离可达上千千米,海岸线一直退到了塔吉克盆地西部(Carrapa et al., 2015; Wang Xin et al., 2019; Sun Jimin et al., 2020)。虽然第五次海侵再次向东达到了塔里木盆地,但是仅仅局限在喀什以西的区域(唐天福等, 1992; Bosboom et al., 2014b; Kaya et al., 2018; Zhang Shijie et al., 2018)。这就意味着喀什以东的广大区域最终的海退(也就是海陆转换)为第四次海退的时间,发生在乌拉根组末期(约41 Ma)。在塔西南地区野外露头剖面上,可见灰绿色含生物碎屑灰岩向紫红色陆源碎屑岩的转变,就是这次海退最直观的表达(图3d)。
解释与争议:由于塔里木盆地海水水深较浅,对于区域大地构造和全球海平面变化响应敏感,因此其大规模的海退可以很直观地归因于青藏高原西北缘的构造事件,亦或者重要的全球海平面下降事件(唐天福等, 1992; Bosboom et al., 2011; Bosboom et al., 2014a, 2014b; Carrapa et al., 2015; Sun Jimin et al., 2016a; Kaya et al., 2018; Zhang Shijie et al., 2018)。基于对这次海退时间的精确约束,以及古水深变化的约束,Bosboom 等 (2014a, 2014b)和Zhang Shijie 等 (2018)指出塔里木盆地在卡拉塔尔组—乌拉根组沉积时期古水深的变化与同时期全球海平面的变化特征是一致的,乌拉根组末期海退和41 Ma全球海平面的快速下降事件也是一致的。因此,乌拉根组末期的大规模海退可能是由全球海平面快速下降事件主导的。但是,通过对帕米尔周缘塔吉克—塔里木盆地不同剖面最终海退时间的精细约束,Carrapa 等 (2015)、Sun Jimin 等 (2016a)和 Kaya 等 (2018)则指出,乌拉根组末期自东向西海退的同时,也存在自南向北逐步海退的特征,暗示了此时帕米尔已经开始向北楔入并影响海退过程,所以乌拉根组末期的大规模海退可能主要是受青藏高原西北缘(尤其是帕米尔向北的楔入)构造作用控制的。
3 物源分析的证据、解释与争议
3.1 砾石统计
塔西南区域古近系的砾岩主要发育在喀什群底部,帕米尔的东北缘,自玛尔坎苏河至依格孜牙之间(74°~76°E),明显缺乏向东的延续(Chen Xinwei et al., 2018; Zhang Shijie et al., 2019)(图1,图3b)。砾岩沉积起始的时间与阿尔塔什组同时,但是结束的时间却持续到始新世。阿克奇剖面砾石成分统计表明皆为沉积岩砾石,由砂岩和灰岩组成(图3b),缺乏现今西昆仑广泛出露的变质岩和花岗岩的砾石。其中部分灰岩砾石,在薄片下可见到古生代碳酸盐台地的生物碎屑(Zhang Shijie et al., 2019)。
解释与争议:喀什群底部砾岩成分皆为沉积岩砾石,缺乏变质岩和花岗岩砾石,反映了近缘物源区的较浅剥蚀深度,可能是源区断裂活动早期的产物(Zhang Shijie et al., 2019)。现今阿克齐剖面物源区广泛出露的变质岩和花岗岩,并未出现在砾石中,反映了当时它们尚未被剥蚀出露。
盆地边缘出现大面积的砾岩沉积既可能指示相邻造山带构造的活跃,也可能仅仅成因于气候的变化与水循环的加强(Allen and Heller, 2012)。Chen Xinwei 等 (2018)和Zhang Shijie 等 (2018, 2019)根据古新世砾岩主要分布在帕米尔的东北缘,明显缺乏向东的延续,认为这些砾岩反映了帕米尔的隆升与向北楔入。但是Kaya 等 (2019)认为该阶段的砾岩是海平面下降之后辫状河沉积体系向盆内扩张所致,是区域海平面下降的产物。
3.2 砂岩碎屑组分统计
喀什群海陆过渡相的沉积环境以灰岩段与泥岩、细—粉砂岩段交替沉积为主导,相对缺乏适合进行砂岩碎屑组分统计的样品。因此古近系的研究数据有限。从来自标尔托戈依剖面、奥依塔格剖面和齐木根剖面的定量统计结果来看(图5),白垩系至古近系的样品特征较为近似,主要差异表现在古近系的样品岩屑含量相对较高(Sun Jimin et al., 2016b; Zhang Shijie et al., 2019)。从岩屑组分的含量来看,白垩系和古近系的样品都以火山岩岩屑为绝对主导,其他岩屑含量较少,但是可以看到火山岩岩屑自下向上逐渐增多和受变质作用影响逐渐加强的特征(Sun Jimin et al., 2016b; Zhang Shijie et al., 2019)。
图5 塔西南地区砂岩碎屑组分特征(据Zhang Shijie et al., 2019)Fig.5 Sandstone petrography in southwestern Tarim Basin (modified from Zhang Shijie et al., 2019) (a) 典型的晚白垩世砂岩薄片; (b) 典型的始新世砂岩薄片;(c) 塔西南地区白垩—古近纪砂岩碎屑统计的QFL图解,可见古近纪的砂岩比白垩纪的砂岩更富集岩屑。Q = 石英; K = 钾长石; P = 斜长石; L = 岩屑 (Lv = 火山岩岩屑, Ls = 碎屑岩岩屑, Lc = 灰岩岩屑, Lm= 变质岩岩屑) (a) Typical petrography in Cretaceous sandstone thin section; (b) Typical petrography in Eocene sandstone thin section; (c) the QFL plot and lithic plot of Cretaceous—Paleogene sandstones in southwestern Tarim Basin shows that Paleogene sandstone is more lithic-rich than Cretaceous sandstone. Q=quartz; K=K-feldspar; P=plagioclase; L=lithic fragments (Lv=volcanic, Ls=terrigenous clastic, Lc =carbonate, Lm=metamorphic)
解释:Dickinson碎屑组分判别法是区分大地构造背景常用的参考方法之一(Dickinson, 1985; 胡修棉等, 2021)。白垩系至古近系的砂岩碎屑组分转变(Sun Jimin et al., 2016b; Zhang Shijie et al., 2019),说明白垩纪整体以相对稳定的内陆构造背景为主导,至古近纪开始进入前陆盆地阶段(Zhang Shijie et al., 2019)。古近系地层火山岩岩屑开始增多且自下向上受变质作用影响逐渐加强,则反映了物源区剥蚀深度在这个时期逐渐增大。
3.3 碎屑锆石
塔西南地区新生代的碎屑锆石数据已经有了一定的积累,但是针对古近系喀什群的碎屑锆石定年则相对缺乏。区域的基岩锆石U-Pb定年研究表明(图1a),寒武纪—泥盆纪(518~363 Ma)和石炭纪—二叠纪(333~242 Ma)的岩浆岩体主要出露于西昆仑山;晚三叠世(236~212 Ma)的岩浆岩体主要出露于西昆仑以南的卡拉库—麻扎花岗岩带(Karakul—Mazar granitoid belt);白垩纪中期(130~95 Ma)的岩浆岩体主要出露于南帕米尔和羌塘地体;古新世—始新世(63~41 Ma)的岩浆岩体则零星地出露于中帕米尔、阿克赛钦南部和羌塘地体(Blayney et al., 2016; Sun Jimin et al., 2016b; Yang Wei et al., 2018; Zhang Shijie et al., 2019)。
从目前已有的塔西南区域白垩系和古近系地层的碎屑锆石数据来看(图6),白垩系的样品主要以500~400 Ma和300~200 Ma双峰为主要特征,明显的缺乏<200 Ma的碎屑锆石年龄,表明其物源区为西昆仑及其以南的卡拉库—麻扎花岗岩带。而古近系的样品中,500~400 Ma和300~200 Ma特征性双峰都被明显的削弱,且自下向上越来越不明显,并开始出现古新世—始新世(63~41 Ma)的年龄峰和零星的白垩纪中期(97 Ma)的碎屑锆石(Bershaw et al., 2012; Sun Jimin et al., 2016b; Yang Wei et al., 2018; Zhang Shijie et al., 2019)。
解释:从塔西南地区白垩系—古近系样品的碎屑锆石数据来看(图6),一个非常明显的物源区变化出现在古新世。这个变化表现为,白垩系的样品中普遍不含有中帕米尔、南帕米尔、阿克赛钦南部或者羌塘地体的碎屑锆石(<200 Ma),但是古近系的样品中则皆有出现(Bershaw et al., 2012; Sun Jimin et al., 2016b; Yang Wei et al., 2018; Zhang Shijie et al., 2019)。结合中帕米尔—阿克赛钦区域晚白垩世的海相沉积(新疆维吾尔自治区区域地层表编写组, 1981; Burtman and Molnar, 1993; 中国科学院青藏高原综合科学考察队, 2000; 罗宇鹏, 2010; Rutte et al., 2017; Zhang Shijie et al., 2019),说明了白垩纪西昆仑作为长期存在的造山带持续地分割两侧塔里木盆地与阿克赛钦—帕米尔的低地。但是这种分割状态在古新世开始被打破,塔里木盆地开始出现中帕米尔、南帕米尔、阿克赛钦南部或者羌塘地体的碎屑锆石。这一物源变化表明,西昆仑山的南部发生了明显的隆升变形,海拔可能已经接近当时的古昆仑山的海拔,使其南部的碎屑矿物可以通过这些区域及其以北的昆仑山,被搬运至塔里木盆地西南部(Sun Jimin et al., 2016b; Zhang Shijie et al., 2019)。
4 热年代学的证据、解释与争议
使用热年代学的方法(如云母40Ar/39Ar定年,锆石和磷灰石的裂变径迹定年、(U—Th)/He定年等)来约束造山带岩石中矿物的时间—温度演化历史,从而揭示造山带的隆升与剥蚀过程,已经是较为成熟的技术(田朋飞等,2020)。目前针对青藏高原西北缘基岩和碎屑岩的热年代学研究已经有了较多的数据积累。通过获得的不同封闭温度矿物的热年代学年龄以及相关的时间—温度演化路径模拟研究,前人认为中生代以来的青藏高原西北缘的隆升变冷阶段主要集中在三叠纪—早侏罗世(225~170 Ma)、中—晚侏罗世(170~150 Ma)、早白垩世(130~100 Ma)、古新世—始新世(65~40 Ma)、中新世—现今(25 Ma~现今)(Wang Erchie et al., 2003; Robinson et al., 2004, 2007; 黎敦朋, 2008; 刘函等, 2010; Sobel et al., 2011, 2013; Thiede et al., 2013; Cao Kai et al., 2013, 2015; 王聪, 2015; Cheng Xiaogan et al., 2017; Li Guangwei et al., 2019)。
本次笔者等对这些已经发表的来自青藏高原西北缘北帕米尔—西昆仑(西起72°E,东至82°E,康西瓦断裂以北,塔里木盆地以南)的热年代学年龄进行了汇总,试图在更大的数据量、更广阔的地质背景之下,重新审视中生代以来青藏高原西北缘的隆升变冷阶段。从汇总的数据图中可以看出(图7),三叠纪—早侏罗世(225~170 Ma)的变冷年龄主要为锆石的裂变径迹年龄,其他热年代学方法对这期隆升变冷事件记录较少。中—晚侏罗世(170~150 Ma)的变冷年龄主要为白云母和黑云母的40Ar/39Ar年龄,其他热年代学方法对这期隆升变冷事件也缺乏明显的记录。早白垩世(130~100 Ma)的变冷年龄虽然分散,但是却在黑云母Ar-Ar、锆石裂变径迹、锆石 (U—Th)/He、磷灰石裂变径迹四种热年代学方法的研究结果中都有记录。晚白垩世的变冷年龄仅在白云母40Ar/39Ar年龄中有所显示。古新世—始新世的隆升变冷事件同时在锆石裂变径迹、锆石 (U—Th)/He、磷灰石裂变径迹三种热年代学方法中都有所记录,但是该变冷事件的延续明显比前人认为的更长(Sobel et al., 2011, 2013; Cao Kai et al., 2015; Li Guangwei et al., 2019),为古新世—中新世早期(~65~15 Ma)。前人所提出的中新世—现今(约25 Ma~现今)的隆升变冷事件在本次的作图中(Wang Erchie et al., 2003; Sobel et al., 2011, 2013; Cheng Xiaogan et al., 2017),主要集中在中中新世以来(约15 Ma ~现今),并且这期隆升变冷事件在所有的中—低温热年代学方法中都有所记录。
图7 汇总的西昆仑山热年代学年龄—封闭温度图(热年代学数据汇总自参考文献Wang Erchie et al., 2003; Robinson et al., 2004, 2007; 黎敦朋, 2008; 刘函等, 2010; Sobel et al., 2011, 2013; Thiede et al., 2013; Cao Kai et al., 2013, 2015; 王聪, 2015; Cheng Xiaogan et al., 2017; Li Guangwei et al., 2019)Fig. 7 A summarized thermochronological age—closed temperature plot of West Kunlun Mountains (thermochronological data compiled from Wang Erchie et al., 2003; Robinson et al., 2004, 2007; Li Dunpeng, 2008&; Liu Han et al., 2010&; Sobel et al., 2011, 2013; Thiede et al., 2013; Cao Kai et al., 2013, 2015; Wang Cong, 2015&; Cheng Xiaogan et al., 2017; Li Guangwei et al., 2019)
解释与争议:现今普遍认为,西昆仑山的隆升变冷阶段,可能是大陆碰撞远程效应的记录,它们反映了中生代以来亚洲南缘长期的板块碰撞拼贴过程(Dumitru et al., 2001; Cao Kai et al., 2015; Li Guangwei et al., 2019)。三叠纪—早侏罗世(225~170 Ma)、中—晚侏罗世(170~150 Ma)、早白垩世(130~100 Ma)、古新世—始新世(65~40 Ma)的隆升变冷事件分别对应了西昆仑地体与松潘—甘孜地体的碰撞拼贴、羌塘地体与拉萨地体的碰撞拼贴、科西斯坦—拉达克弧与拉萨地体的碰撞拼贴,以及印度与亚洲大陆的碰撞拼贴((Dumitru et al., 2001; Cao Kai et al., 2015; Li Guangwei et al., 2019)。
虽然三叠纪—早侏罗世、中—晚侏罗世、早白垩世的隆升变冷阶段仅在部分热年代学方法中有所记录,但是对其解释的争论目前并不多(Dumitru et al., 2001; Robinson et al., 2004, 2007; Cao Kai et al., 2015; Li Guangwei et al., 2019)。而古新世—中新世早期(65~15 Ma)的变冷年龄,尤其是古新世—始新世(65~45 Ma)的部分,虽然在锆石裂变径迹、锆石 (U—Th)/He、磷灰石裂变径迹年龄中都有较好的记录,对其的解释却存在较大的争议。一种观点认为这些年龄反映的是矿物长期存在于部分退火区带而产生的部分重置年龄,与快速的隆升剥蚀事件无关(Sobel and Dumitru, 1997; Sobel et al., 2013; Cao Kai et al., 2015)。相反的观点则认为这些变冷年龄代表了古近纪早期青藏高原西北缘经历了快速的隆升剥蚀,反映了印度—亚洲大陆初始碰撞在高原西北缘的远程响应(Li Guangwei et al., 2019; Zhang Shijie et al., 2019)。
5 西昆仑山新生代早期的隆升 变形时间观点评述
5.1 古新世
从以上对于塔里木盆地西南坳陷及其周缘新生代的地层学、沉积学、物源分析和热年代学综述来看,白垩纪末期或者新生代早期,西昆仑山南部的阿克赛钦—中帕米尔地区发生了海退(中国科学院青藏高原综合科学考察队, 2000; 罗宇鹏, 2010;Zhang Shijie et al., 2019)。这些区域在海退之后发育广泛的不整合与砾岩沉积(新疆维吾尔自治区区域地层表编写组, 1981; 中国科学院青藏高原综合科学考察队, 2000),并且在海退之后,塔里木盆地就开始接收到甜水海地体、中帕米尔、及其以南的羌塘地体、南帕米尔的碎屑锆石(Sun Jimin et al., 2016b; Zhang Shijie et al., 2019)。这些证据指示了晚白垩世阿克赛钦至中帕米尔的地貌低地,在新生代早期经历了快速隆升(可能已经隆升到了接近当时的古昆仑山的海拔),从而使高原内部的碎屑矿物可以通过这些区域及其以北的西昆仑山,被搬运至塔西南地区。
同时,在塔西南坳陷,杜瓦以东的区域开始由剥蚀区(或沉积间歇期)转变为沉积区(新疆维吾尔自治区区域地层表编写组, 1981);而在杜瓦以西,构造沉降速率开始由白垩纪持续地减弱,转变为古新世逐渐增加(Sobel, 1995; Zhang Shijie et al., 2018)。古新世开始的构造沉降加速,很可能反映了西昆仑山此时已经开始复活,并在前陆区域产生了构造压陷沉降。砂岩的碎屑统计也倾向于支持这种解释。喀什群的砂岩在QFL图解中,大多都位于再循环造山带区域,这可以被解释为前陆盆地的构造背景此时已经建立(Sun Jimin et al., 2016b; Zhang Shijie et al., 2019)。
从沉积环境上来看,此时塔西南坳陷西部(帕米尔的东北缘)开始出现砾岩沉积(Chen Xinwei et al., 2018; Zhang Shijie et al., 2019),坳陷内部则开始了大范围、巨厚层的石膏沉积(唐天福等, 1992; 张华等, 2013; 张亮等, 2015; 高超等, 2016; Zhang Shijie et al., 2019)。这可以很直观的解释为古新世帕米尔也开始隆升并向北楔入,在帕米尔和天山之间形成了低海拔的地貌屏障,隔绝了塔里木海与西部原副特提斯海的地表水文通道,从而形成了巨大的盐池,沉积了阿尔塔什组石膏(Warren, 2016; Zhang Shijie et al., 2019)。
从热年代学上看,无论是基于不同的研究方法(40Ar/39Ar定年、裂变径迹定年、(U—Th)/He定年),不同的样品(基岩、碎屑岩),不同封闭温度的矿物(白云母、黑云母、锆石、磷灰石)研究,还是基于时间—温度演化路径模拟的研究,都可以识别出古新世—始新世(65~55 Ma)的变冷年龄(Sobel and Dumitru, 1997; Amidon and Hynek, 2010; Cao Kai et al., 2013; Sobel et al., 2013; Li Guangwei et al., 2019)。一种非常直观的解释就是,这些变冷年龄代表了古近纪早期西昆仑山普遍经历的隆升剥蚀事件(Amidon and Hynek, 2010; Li Guangwei et al., 2019; Zhang Shijie et al., 2019)。
从综述的地层、沉积、沉降、物源与热年代学相关的地质信息,以及以上相关的地质现象解释,笔者等认为西昆仑山在古新世发生了普遍的隆升变形的观点应该是较为可靠的(图8)。此时整个亚洲大陆南缘发生的最重大地质事件就是印度—亚洲大陆的初始碰撞(Hu Xiumian et al., 2016; 丁林等, 2017; 胡修棉等, 2017; Kapp and Decelles, 2019; An Wei et al., 2021),因此,笔者等认为青藏高原西北缘在古新世发生的构造变形事件是印度—亚洲大陆初始碰撞远程效应的响应。
图8 塔西南地区白垩纪晚期—古近纪的地层、沉积、古水深变化、盆地沉降与热年代学年龄对比图 (修改自文献Zhang Shijie et al., 2019)Fig. 8 Comparison of stratigraphy, sedimentation, paleo-water depth, tectionic subsidence and thermochronological ages in the Late Cretaceous—Paleogene southwestern Tarim Basin (modified after Zhang Shijie et al., 2019)
5.2 中—晚始新世
从塔西南地区新生代的地层学、沉积学、物源分析和热年代学综述来看,西昆仑山在中—晚始新世(约41 Ma)发生了普遍的隆升变形的观点,主要的证据有4个。它们分别为来自塔里木盆地的证据:① 解释乌拉根组末期海退(约41 Ma塔里木盆地大规模海退)是由于区域构造作用引起的(Carrapa et al., 2015; Kaya et al., 2018; Sun Jimin et al., 2016a, 2020);② 巴什布拉克组构造沉降速率明显的快速增加(Yin An et al., 2002; Carrapa et al., 2015; Kaya et al., 2018; Blayney et al., 2019)。以及来自塔吉克盆地的证据:③ 原副特提斯海自东向西的海退,在帕米尔北缘还同时呈现出自南向北逐渐退却的特征,可能指示了此时帕米尔已经开始隆升并向北楔入(Carrapa et al., 2015; Sun Jimin et al., 2016b; Kaya et al., 2018);④ 塔吉克盆地约41 Ma至渐新统的地层中的砂岩碎屑统计结果在QFL图解中位于再循环造山带区域,指示此时前陆盆地的构造背景已经建立(Carrapa et al., 2015)。
乌拉根组向巴什布拉克组转换时期,构造沉降速率快速增加,但是却发生了塔里木盆地大规模海退(Yin An et al., 2002; Carrapa et al., 2015; Kaya et al., 2018; Blayney et al., 2019)。全球海平面变化恢复曲线表明约41 Ma是全球海平面快速下降的时期(Miller et al., 2005)。因此,比较合理的解释应该为构造沉降加速指示青藏高原西北缘构造变形持续加强,这导致了盆缘加速隆升和沉积物剥蚀供给加速。沉积物供给增加叠合海平面下降使碎屑沉积物快速充填构造沉降所增加的可容纳空间,加剧了区域的海退(Kaya et al., 2018)。
乌拉根组末期(约41 Ma)塔里木—塔吉克盆地虽然发生了大规模海退,但是这并非塔里木—塔吉克盆地最终的海退,在随后的38~36 Ma,塔里木盆地还发生了第五次海侵,最终的海退发生在36 Ma(Bosboom et al., 2014b; Kaya et al., 2018; Wang Xin et al., 2019)。乌拉根组向巴什布拉克组转换时期,虽然在塔西南坳陷局部也出现了沉积间歇,但是并没有区域上的不整合出现。物源分析也并没有发现在此转换时期存在明显的物源区变化。这些证据更倾向于说明41 Ma并没有发生剧烈的构造隆升变形。
关于自南向北的海退与碎屑统计两个证据,Carrapa 等 (2015)研究剖面的起始时代为始新世中—晚期,因此其研究只能说明前陆盆地的构造背景,至少在此时或之前就已经建立。塔里木盆地喀什群的碎屑统计结果显示前陆盆地的构造背景在白垩纪末期至古近纪早期已经建立(Zhang Shijie et al., 2019),也支持这样的解释结果(图5、图8)。
热年代学的变冷年龄中虽然存在大量的始新世中晚期的锆石裂变径迹、锆石(U—Th)/He和磷灰石裂变径迹年龄,但是它们整体上看明显是古新世—始新世(65~45 Ma)持续剥蚀变冷的延续(图7)。结合塔里木盆地古新世前陆盆地的构造背景已经建立,本次研究认为西昆仑—帕米尔北缘41 Ma的隆升剥蚀只是青藏高原西北缘古近纪构造变形中的一个加速节点(图8)。此时青藏高原—帕米尔发生的最重要地质事件就是新特提斯洋洋壳的板片断离(Negredo et al., 2007; Smit et al., 2014; Ji Weiqiang et al., 2016),因此本文认为这个时期的构造变形记录可能是亚洲大陆南缘新特提斯洋板片断离在西昆仑山引起的远程响应。
6 结论
(1)西昆仑山是中生代以来长期存在,经历多阶段构造演化的造山带。其新生代的隆升变形始于古新世,中—晚始新世(约41 Ma)的变形只是古近纪构造隆升过程中的一个加速节点。它们引起了区域上地层学、沉积学、物源与热年代学等一系列的地质响应。
(2)通过对比青藏高原南缘印度—亚洲大陆碰撞与北缘西昆仑山构造变形事件之间的时间相关性,本文认为西昆仑山在古新世和中—晚始新世的隆升变形事件,分别是青藏高原南缘印度—亚洲大陆初始碰撞和新特提斯洋的板片断离的远程响应,反映了印度板块向北的碰撞拼贴与持续挤压的过程。
(3)虽然青藏高原内部存在多条深大断裂,且地壳的性质也存在明显的不均一性,但应力不均匀传播、应变差异分配并没有影响到大陆碰撞产生的应力近乎等时的传递到青藏高原的北缘。亚洲大陆南缘的重大构造事件在青藏高原西北缘具有等时的构造变形响应,证实了青藏高原响应印度—亚洲大陆碰撞的构造变形整体上呈连续性的观点。
致谢:感谢孙高远副教授、李伟同志和马合木提·外力同志在野外工作时的帮助。感谢Yani Najman高级讲师对本文富有启发性的讨论与建议。感谢张传林教授和另一位审稿专家的宝贵意见。
参 考 文 献/References
(The literature whose publishing year followed by a “&” is in Chinese with English abstract; The literature whose publishing year followed by a “#” is in Chinese without English abstract)
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